Быстрый старт с Java: от знакомства до вашей первой игры 

Эта статья рассчитана на новичков в программировании. Её цель — объяснить азы языка Java (классы, методы, компиляция, байт-код, JVM, переменные, условия, циклы, импорт). Этот материал поможет:

• научиться писать код, компилировать и запускать байт-код;
• познакомиться с переменными;
• узнать об условных операторах и циклах;
• освоить использование классов из стандартных пакетов;
• написать простую консольную игру «Угадай число».

Java Development Kit (JDK)

Для работы с Java необходимо скачать, установить и настроить Java Development Kit (JDK) — пакет программ и утилит для разработчика. Он бесплатно предоставляется компанией Oracle.
В строку поиска Google вводим запрос “jdk 8 download” и в первой же строке поисковой выдачи видим ссылку на страницу загрузки на oracle.com. Листаем вниз, щёлкаем Accept License Agreement — соглашаемся с лицензией. Выбираем пакет в колонке Download, который соответствует вашей операционной системе и её разрядности (32 или 64 бита). Для скачивания нужно будет зарегистрироваться на сайте. Скачиваем и устанавливаем JDK. При выборе пакетов и папки JDK рекомендую отказаться от Public JRE и сократить имя папки до jdk1.8.

Счастливым обладателям Windows потребуется также настройка системных переменных. Как их найти: Панель управления → Система → Дополнительные параметры системы → Вкладка «Дополнительно» → кнопка «Переменные среды», второе окошко сверху. В нем надо создать переменную JAVA_HOME и изменить (дополнить) Path (для этого используются кнопки «Создать» и «Изменить». Значение для переменной JAVA_HOME содержит путь к папке JDK. Переменную Path дополняем значением %JAVA_HOME%\bin. Обратите внимание, что список путей разделяется точкой с запятой (;). Инструкция есть также на сайте Oracle.

JDK содержит много утилит, но нам потребуется только компилятор (javac) и виртуальная машина Java — JVM (java).

Проверить правильность установки и настройки можно в командной строке (на Windows: Win + R → cmd) или в терминале (Linux, Mac), набрав следующие команды:

javac -version
java -version

В качестве альтернативы можно использовать онлайн-JDK вместе с редактором, например на сайте Repl.it.

Написание кода

Писать исходный код можно в любом текстовом редакторе. А компиляцию и запуск проводить в командной строке (терминале). Но удобнее будет работать в редакторе с подсветкой синтаксиса и плагином, автоматизирующим компиляцию и запуск.

Для Windows хорошим выбором будет Notepad++ с плагином NppExec. Подробно о его настройке можно прочитать в статье Виктора Темпалова  «Компилируем и запускаем Java-файлы из Notepad++». Для Linux и Мас есть другие текстовые редакторы, например Atom или Sublime Text.

Hello, world!

При изучении нового языка писать программу, выводящую «Hello, world!», — это традиция. Она возникла в 1978 году, с выходом в свет книги «Язык программирования С» Брайана Кернигана и Денниса Ричи.

class HelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello, world!");
    }
}

Код начинается с ключевого слова class. Java-программы состоят из классов — это «кирпичики» приложения. В реальных приложениях их могут быть десятки, сотни и тысячи. Затем пишется имя класса — HelloWorld. Имена классов принято писать в стиле CamelCase (все слова слитно, каждое с заглавной буквы). Классам, как и другим сущностям — методам, полям и переменным — рекомендуется давать мнемонические, «говорящие» имена.

После имени в фигурных скобках записывается тело класса. Оно может содержать поля, методы и другие классы. Поля хранят данные. Они подобны переменным, однако в Java это несколько иная сущность. Методы содержат набор команд или код. Имена методов (как и полей, переменных) принято писать в стиле camelCase, со строчной буквы.

В нашем классе только один метод — main(). Он особенный, его часто называют стартовым. Когда виртуальная машина Java получает класс для исполнения, она ищет в нём метод main. Если находит — выполняет код, который содержит метод. Если нет — выдаёт сообщение об ошибке. Важно, чтобы метод main() имел строго определённую сигнатуру: был публичным (public), статическим (static), не возвращающим никакого значения (void), с параметром в виде массива строк (String[] args). В противном случае виртуальная машина его просто не найдёт.

Наш метод main() содержит лишь одну строку, которая выводит в консоль текст "Hello, world!".

Перед компиляцией сохраняем написанный код в файл. Имя файла должно соответствовать имени класса с точностью до регистра символов (Java — регистрозависимый язык). Затем открываем командную строку (или терминал) и вызываем сначала компилятор (javac), а потом виртуальную машину JVM (java).

C:\Users\User>javac HelloWorld.java
C:\Users\User>java HelloWorld
Hello, world!

После компиляции возникнет бинарный файл HelloWorld.class, содержащий байт-код. Имя этого файла (без расширения) передаётся как параметр при вызове виртуальной машины. В результате видим строку «Hello, world!» — это результат выполнения программы.

Переменные

Переменные хранят данные (числа, строки, логические значения и другие). Они похожи на коробочки: надписи на них — это имя и тип переменной, а внутри находится значение. При этом возможны две операции:

• запись значения в переменную (или присвоение значения);
• чтение значения из переменной. 

В Java перед использованием переменную нужно обязательно объявить, указав тип и имя, поскольку Java — язык со строгой и статической типизацией. Попытка использовать переменную без объявления приведёт к ошибке компиляции. По типу переменные могут быть простыми (числа, символы, логические значения) или ссылочными (массивы, строки, любые другие объекты). В Java есть восемь простых типов (byte, int, short, long, float, double, boolean, char) и бесконечное количество ссылочных.

В примере ниже мы видим объявление двух переменных целого типа (int). Причём переменная second инициируется при объявлении. Затем переменной first присваивается результат выражения, в котором присутствует переменная second. В результате выполнения программы в консоль будут выведены значения обеих переменных: 35 и 10.

class Variables {
    public static void main(String[] args) {
        int first;
        int second = 10;
        first = second * 3 + 5;
        System.out.println(first);
        System.out.println(second);
    }
}

Имя переменной может содержать буквы и цифры, знак подчёркивания и $. Имя не должно начинаться с цифры. В профессиональной разработке в именах переменных используют только буквы. Имя должно явно указывать на назначение переменной. Например: countString — счётчик строк, errorSign — признак ошибки. Рекомендуется избегать однобуквенных имён — за исключением временных переменных (существующих в рамках цикла или небольшого кодового блока).

Проверка условий

Любой язык программирования высокого уровня позволяет изменять порядок выполнения программы в зависимости от заданного условия. В Java для этого используется конструкция if. После этого ключевого слова в скобках записывается логическое выражение, затем в фигурных скобках — группа команд. Если результат логического выражения — true (истина), то эта группа команд выполняется, если false (ложь) — нет.

class ComparisonShort {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 10;
        if (i == 10) {
            System.out.println("i = 10");
        }
    }
}

Результат этого примера — строка “i = 10” в консоли, так как результат логического выражения (проверка на равенство) будет true.

В качестве знаков сравнения допустимы: <, <=, >, >=, ==, !=. Добавив ключевое слово else, получаем полную форму оператора сравнения.

class ComparisonFull {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 10 + 2;
        if (i == 10) {
            System.out.println("i = 10");
        } else {
            System.out.println("i != 10");
        }
    }
}

Выполнив эту программу, мы увидим в консоли сообщение “i != 10”, так как результат сравнения значения переменной i и цифры 10 будет false. Поэтому выполнится набор команд в фигурных скобках после слова else.

Циклы

Циклы предназначены для повторения группы команд. Java позволяет использовать два вида циклов:

• с определённым количеством итераций: for;
• без определенного количества итераций: while и do-while.

class CycleFor {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            System.out.println(i);
        }
    }
}

Запустив этот пример, мы увидим в консоли колонку чисел от 0 до 4. Это результат работы классического цикла for со счётчиком. В круглых скобках три параметра цикла, разделённые точкой с запятой: объявление и инициализация счётчика, проверка условия продолжения цикла, действие после каждой итерации. В фигурных скобках — тело цикла. В нашем случае это команда, выводящая значение счётчика i в консоль.

Когда будем писать игру, используем циклы while и do-while — там и увидим их работу на практике. Пока достаточно сказать, что их синтаксис проще for, а тело цикла повторяется до тех пор, пока логическое выражение в круглых скобках после while возвращает true.

Пример ниже иллюстрирует вторую форму цикла for — без счётчика. Такой вариант удобен при переборе элементов массива или списка.

class CycleForeach {
    public static void main(String[] args) {
        int[] arr = {5, 4, 3, 2, 1};
        for (int a : arr) {
            System.out.println(a);
        }
    }
}

Импорт и использование классов

Один из важных принципов программирования — DRY: Don’t Repeat Youself (не повторяйся). Разработчик должен уметь использовать то, уже создано, отлажено и работает.

Java поставляется с набором packages (пакетов). Они содержат скомпилированные классы, сгруппированные по тематике. На неё указывает имя пакета: java.io, java.util, java.net и так далее.

В игре нам потребуется случайное число от 0 до 9. Писать генератор случайных чисел незачем, так как в пакете java.util есть готовый класс Random. Чтобы использовать класс из пакета, его нужно импортировать. Строки с директивами импорта располагаются в самом начале файла класса.

import java.util.Random;

Создадим объект на основании класса, чтобы можно было вызвать нужный метод. Слева от знака присваивания (=) объявляем ссылочную переменную (объект) random типа Random. Справа создаём объект с помощью директивы new.

Random random = new Random();

Вызываем метод через точку после имени объекта: random.nextInt(10). Цифра 10 ограничивает диапазон генерируемых чисел (от 0 до 9). В результате получим строку из 30 случайных чисел. Запустите программу несколько раз и обратите внимание, что последовательность чисел не повторяется.

import java.util.Random;
 
class RandomInt {
    public static void main(String[] args) {
        Random random = new Random();
        for (int i = 0; i < 30; i++) {
            System.out.print(random.nextInt(10) + " ");
        }
    }
}

Игра «Угадай число»

Мы узнали достаточно, чтобы написать игру «Угадай число». В ней компьютер «загадывает» целое число от 0 до 9, а человек должен угадать его — есть три попытки.

Создадим класс GuessTheNumber с методом main(), импортируем нужные нам классы и добавим соответствующие объекты. Класс Scanner обеспечит чтение чисел с консоли (System.in — консоль).

import java.util.Scanner;
import java.util.Random;
 
class GuessTheNumber {
    public static void main(String[] args) {
        Random random = new Random();
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
    }
}

Объявим и инициируем три переменные: счётчик попыток count, для чтения числа с консоли — guess, для хранения загаданного числа — number.

int count = 0;
int guess = -1; 
int number = random.nextInt(10);

Опишем основной игровой цикл, используя while. В цикле запрашиваем число с консоли, сравниваем с загаданным. В случае несовпадения выводим подсказку и увеличиваем счётчик попыток на 1.

while (count < 3 && guess != number) {
    System.out.print("Guess the number (0..9): ");
    guess = sc.nextInt();
    if (number != guess) {
        System.out.println("Your number is " +
            ((guess > number)? "greater" : "less"));
        count++;
    }
}

Тело цикла while повторяется, пока логическое значение в скобках возвращает true. Таким образом наш цикл будет повторяться, пока значение счётчика попыток меньше 3 и число не отгадано. Обратите внимание на конструкцию, которая позволяет выбрать одно из двух значений согласно условию в скобках. Это тернарный оператор. Если условие в скобках true, то возвращается значение слева от двоеточия, если false — справа.

(guess > number)? "greater" : "less"

Остаётся добавить строку с выводом результата игры (победа или проигрыш) после цикла — тут снова используется тернарный оператор. Текст работающей программы выглядит так:

import java.util.Scanner;
import java.util.Random;
 
class GuessTheNumber {
    public static void main(String[] args) {
        Random random = new Random();
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        int count = 0;
        int guess = -1;
        int number = random.nextInt(10);
        while (count < 3 && guess != number) {
            System.out.print("Guess the number (0..9): ");
            guess = sc.nextInt();
            if (number != guess) {
                System.out.println("Your number is " +
                    ((guess > number)? "greater" : "less"));
                count++;
            }
        }
        System.out.println("You " +
            ((guess == number)? "WIN!" : "Lose: " + number));
    }
}

Сохраняем программу в файл GuessTheNumber.java, компилируем (javac), вызываем JVM (java) — и пробуем выиграть у компьютера.

Добавим заключительный штрих: используя цикл do-while, позволим пользователю повторять сеанс игры без перезапуска программы. В приведённом ниже коде комментарий нужно заменить на соответствующий фрагмент из предыдущей программы. Попробуйте сделать это самостоятельно.

import java.util.Random;
import java.util.Scanner;
 
class GuessTheNumber {
    public static void main(String[] args) {
        Random random = new Random();
        Scanner sc = new Scanner(System.in);
        do {
            //
            // Вставьте фрагмент, который должен повторяться
            //
            System.out.println("Repeat game? Yes - 1, No - 0");
        } while (sc.nextInt() == 1);
    }
}

Обратите внимание, что тело цикла do-while повторяется на тех же условиях, что и тело цикла while: логическое выражение в скобках должно быть true.

Заключение

На всякий случай прилагаю мой telegram — @biblelamp. Если вас заинтересовала тема, рекомендую почитать «Java-программирование для начинающих» Майка МакГрата и «Изучаем Java» Кэти Сьерра и Берт Бейтс. В следующих статьях мы продолжим начальное изучение Java на примере создания других игр. Следите за блогом!

Если язык Java вас заинтересовал — приглашаем на факультет Java-разработки. Если ещё не совсем уверены — посмотрите истории успеха наших Java-выпускников:

• «Иногда за сутки я спал один час в метро перед работой». Из белорусской типографии — в московские тимлиды.
• Первая работа в IT с переездом в Москву: как это бывает. Опыт собеседований, тестовых заданий, учебных проектов и трудоустройства в международную компанию.
• Взгляд изнутри: как работается в «Альфа-Банке». Рассказывает Михаил Степнов, выпускник GeekUniversity и программист банка.